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第2章尺寸精度 本章主要内容一 尺寸精度的基本概念二 公差配合国家标准的构成规律三 公差配合的应用重点要求掌握典型术语定义 掌握标准特点 正确查表标注 1 2 1尺寸精度基础知识 有关孔和轴的定义 轴 通常是指圆柱形外表面 也包括非圆柱形外表面 孔 通常是指圆柱形内表面 也包括非圆柱形内表面 包容和被包容 或按去除材料的方法加工时越来越大 小 目的 扩大标准应用范围 一般长度尺寸 2 1 1有关尺寸的术语及定义 用特定单位表示长度值或角度值的数值称为尺寸 包括线性尺寸和角度尺寸 1 基本尺寸 公称尺寸 D d 设计确定的尺寸 2 极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值 代号 孔Dmax Dmin轴dmax dmin 最大 最小极限尺寸 基本尺寸D 50Dmax 50 025Dmin 50 基本尺寸d 50dmax 49 975dmin 49 959 2 1尺寸精度基础知识 3 实际尺寸 Da da 加工后通过测量获得的尺寸 2 1尺寸精度基础知识 每一个测得尺寸都可以称为实际尺寸 不同的测量器具 不同的环境 不同的操作人员所测得的尺寸并不相同 同一表面的不同位置上的实际尺寸往往也是不相等的 两点式测量得到的实际尺寸称为局部实际尺寸 4 最大实体尺寸和最小实体尺寸 DM DL dM dL 2 1尺寸精度基础知识 轴 孔允许材料最多的状态称为最大实体状态MMC 此时所对应的尺寸称为最大实体尺寸MMS 最大实体极限 分别用DM和dM表示 dM dmaxDM Dmin轴 孔允许材料最少的状态称为最小实体状态LMC 此时所对应的尺寸称为最小实体尺寸LMS 最小实体极限 分别用DL和dL表示 dL dminDL Dmax 2 1 2有关偏差的术语及定义 孔轴上偏差ES Dmax Des dmax d下偏差EI Dmin Dei dmin d 极限偏差 极限尺寸与基本尺寸之差 实际偏差 实际尺寸与基本尺寸之差 Ea Da Dea da d 2 1尺寸精度基础知识 合格条件 ES Ea EIes ea ei 0 0 2 1 3有关公差和公差带的术语及定义 2 尺寸公差允许尺寸的变动量 孔TD Dmax Dmin ES EI轴Td dmax dmin es ei 2 1尺寸精度基础知识 尺寸公差表示尺寸允许的变动范围 是允许的尺寸误差的大小 它体现设计对尺寸加工精度要求的高低 基本尺寸相同时 公差值越小 零件尺寸允许的变动范围就越小 要求的加工精度就越高 2 1尺寸精度基础知识 3 公差带及公差带图由上下偏差所表示的区域称为公差带 2 1尺寸精度基础知识 零线上方 表示正偏差 零线下方 表示负偏差 TD Td ES EI es ei 或H7代替TD 或e6代替Td 确定轴孔的配合 主要是根据使用要求确定轴孔的公差带 但是满足相同使用要求的公差带是无限多的 若不作出统一规定 将会造成生产过程的混乱 不利于互换性和经济性的提高 极限制就是使尺寸的极限 极限偏差 与配合标准化 主要是确定轴孔的极限偏差 即确定公差带 这里以常用尺寸 D 500mm 为例 2 2线性尺寸精度 极限制 基本偏差 指靠近零线或位于零线的极限偏差 2 2线性尺寸精度 极限制 基本偏差EI 基本偏差es 0 标准公差TD 标准公差Td 标准公差 上偏差 下偏差 国家标准所规定的用来确定公差带大小的公差值 与精度等级高低和基本尺寸有关 ES EI ei es 2 2线性尺寸精度 极限制 1 标准公差等级及其代号 IT 国家标准规定的公差等级共20个 常用尺寸D 500mm 代号为 IT01 IT0 IT1 IT2 IT18 目的是满足不同行业 不同精度的产品要求 如何确定标准公差的大小 2 标准公差因子i 公差单位 是基本尺寸的函数 标准公差因子是计算标准公差大小的基本单位 它是通过对不同尺寸的零件采用不同的加工方法所产生的加工误差统计分析发现的 2 2 1标准公差 2 2线性尺寸精度 极限制 公差用于限制加工误差 因此公差与基本尺寸亦满足这一关系 用标准公差因子i反映 D 500mm时 D 500mm时 统计分析发现 加工误差的大小与基本尺寸呈立方抛物线的关系 同时加工误差还与加工方法有关 D 500mm时 第一项反映加工误差的影响 符合立方抛物线的关系 第二项用于补偿与直径成线性关系的测量误差 D 500mm时 测量误差起主导作用 尤其是温度引起的测量误差更为突出 3 标准公差数值的计算 IT5 IT18标准公差计算公式 IT a i a 公差等级系数 反映精度的高低 与加工方法有关 2 2线性尺寸精度 极限制 该公式用于尺寸500 3150 标准公差值IT a i a 4 尺寸分段 基本尺寸 分段目的 简化公差数值表 分段原则 先密后疏 计算标准公差因子i时基本尺寸采用段内首尾的几何平均值 例如 基本尺寸为86mm 属于80 120mm尺寸段 i 2 173 m 2 2线性尺寸精度 极限制 基本尺寸为40 41 42 时 标准公差值过多 2 2线性尺寸精度 极限制 标准公差系列 标准公差为国家标准所规定的任一公差 所有标准公差的集合就是标准公差系列 D 18mm IT8 27 m 大于 基本偏差 作用是确定公差带位置 是指靠近零线的极限偏差 国家标准规定的用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差 2 2 2基本偏差 1 基本偏差的代号 孔 轴基本偏差各有28种 用英文字母表示 孔用大写字母 轴用小写字母 2 2线性尺寸精度 极限制 2 2线性尺寸精度 极限制 孔的基本偏差系列 2 2线性尺寸精度 极限制 轴的基本偏差系列 孔 轴 2 2线性尺寸精度 极限制 这些数值由经验公式计算得出 j的基本偏差为经验数值 主要用于与轴承配合的轴 这些经验公式是以基孔制 孔的基本偏差代号为H 即下偏差为0 为依据 根据设计要求 生产实践和科学实验 经统计分析得到的 例如热动配合采用大间隙时应考虑发热膨胀与直径的关系 旋转运动为保证良好的液体润滑应考虑最小间隙与直径的关系等 f的计算公式 k的计算公式 2 2线性尺寸精度 极限制 轴的基本偏差数值的确定轴的基本偏差数值 见附表2 2 2 基本偏差数值 孔的基本偏差由同名配合的轴的基本偏差换算而得到的 换算的前提是 基孔制配合与同名的基轴制配合的配合性质 具有相同的极限间隙或过盈 必须相同 孔的基本偏差数值的确定 由于孔比轴难加工 故对高精度的孔轴配合 IT8 即公差等级较高时 孔通常比轴低一个公差等级 2 2线性尺寸精度 极限制 孔的基本偏差的数值 见附表2 3 2 2线性尺寸精度 极限制 根据以上换算规则 得到孔的基本偏差的计算依据为以下规则 一般情况下 同一代号的孔的基本偏差与轴的基本偏差相对于零线是完全对称的 即孔 轴基本偏差的绝对值相同而方向相反 EI es 适合A H ES ei 适合 低公差等级 特殊规则 代号 的 级基本偏差 标准公差 IT8的 和标准公差 IT7的 ES ei ITn ITn 1 可查表确定 某一级的标准公差 比某一级高一级的标准公差 2 2 3公差带代号及标注 公差带代号 由基本偏差代号和公差等级组合而成例如 H7 F8 m7 t6在零件图上标注公差带代号 2 2线性尺寸精度 极限制 请大家确定 50T8 50T6的基本偏差是ES还是EI 上下偏差是多少 附表2 1 2 3 基本偏差为T 表明是孔的基本偏差代号 所以基本偏差是ES 以下计算单位均是um查附表2 3 可知 50T8的基本偏差为ES 54 查附表2 1可知 基本尺寸为50的IT8 39 EI ES TD 93 查附表2 3 可知 50T6的基本偏差为ES 54 54 5 49 查附表2 1可知 基本尺寸为50的IT6 16 EI ES TD 65 2 2线性尺寸精度 极限制 2 2 4优先 常用和一般公差带 推荐使用 轴的优先 常用 一般公差带 设计时按优先 常用 一般的顺序选择 标准公差与基本偏差有多种组合 任意组合不经济 2 2线性尺寸精度 极限制 孔的优先 常用 一般公差带 设计时按优先 常用 一般的顺序选择 2 3角度尺寸精度 2 3 1角度标准公差数值角度尺寸公差没有专门的国家标准规定 而是等效采用圆锥精度国家标准中锥角公差标准 标准圆锥角公差分为12个公差等级 依精度从高至低的顺序排列为 ATl 高 AT2 ATl2 2 3 2角度公差带配置 为何是 AT 2 而不是 AT 2 4一般尺寸公差 未注出的尺寸公差称为一般公差 未注公差 其公差等级和极限偏差值由相应标准 如GB T1804 2000 规定 一般公差适用于金属切削加工 冲压加工的尺寸 机床设备一般加工能力可保证的公差 非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用 一般公差不适用于其它已有相关标准规范对未注公差精度做出了专门规定的尺寸 也不适用于圆分度的角度和坐标轴之间的角度 这是因为在圆周上等分的要素的角度误差可以累积 一般公差规定了四个公差等级 精密级 f 中等级 m 粗糙级 c 和最粗级 v 标注示例 未注尺寸公差按GB T1804 2000 m 尺寸 尺寸 2 5光滑轴孔配合 1 配合 是指基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系 2 间隙 s 或过盈 是指孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得的代数差 2 5 1有关配合的术语及定义 轴 实际间隙实际过盈 2 5光滑轴孔配合 3 配合的种类 间隙配合 指具有间隙 最小间隙 0 的配合 特点 孔公差带在轴公差带的上方 任意抽取轴孔装配均有间隙 最大 极限 间隙smax Dmax dmin ES ei 最小 极限 间隙smin Dmin dmax EI es 平均间隙sav smax smin 2 smin 0 Dmin dmax EI es 2 5光滑轴孔配合 过盈配合 指具有过盈 最小过盈 0 的配合 特点 孔公差带在轴公差带的下方 任意抽取轴孔装配均有过盈 最小 极限 过盈 min Dmax dmin ES ei 最大 极限 过盈 max Dmin dmax EI es 平均过盈 av max min 2 min 0 Dmax dmin ES ei 2 5光滑轴孔配合 3 过渡配合 可能具有间隙或过盈的配合 特点 孔公差带与轴公差带有重叠 max smax Dmax dmin ES ei max Dmin dmax EI es av sav smax max 2 Dmax dmin且Dmin dmax ES ei且EI es 2 5光滑轴孔配合 4 配合公差 Tf 允许间隙或过盈的变动量 间隙配合 Tf smax smin 过盈配合 Tf min max 过渡配合 Tf smax max Tf TD Td 0 配合公差反映配合精度 表示配合松紧的均匀程度 2 5光滑轴孔配合 5 配合代号 公差带代号 由基本偏差和公差等级代号组合而成 例如 H7 F8 m7 t6 公差带代号标注在零件图上 配合代号 由孔和轴的公差带组合用分数形式表示 例如 50 50H7 f6 50G7 h6 配合代号标注在装配图上 表示配合的松紧和松紧的均匀程度 6 轴孔结合的合格与合用 2 5光滑轴孔配合 零件的实际尺寸在极限尺寸之间 或实际偏差在极限偏差之间为合格品 即对于孔 Dmin Da Dmax或EI Ea ES对于轴 dmin da dmax或ei ea es 轴孔配合的实际间隙 过盈 在极限间隙 过盈 之间为合用品 合格零件形成的配合一定合用 Smin Sa Smax 2 5光滑轴孔配合 合格零件形成的配合一定合用 但不合格的零件组成的配合不一定不合用 该轴没有互换性 2 5光滑轴孔配合 基轴制 h 基本偏差为一定的轴的公差带 与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度 2 5 2基准制 配合制 基准制也称为配合制 是为了简化配合 标准规定了两种配合制度 基孔制和基轴制 基孔制 H 基本偏差为一定的孔的公差带 与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度 2 5光滑轴孔配合 h H 2 5光滑轴孔配合 指出下列配合的配合制和种类 基孔制间隙配合 基轴制过盈配合 基轴制过渡配合 混合配合 非基准制 间隙配合 2 5光滑轴孔配合 基孔制 三角符号为优先配合 表中所列为常用配合 2 5 3优先配合和常用配合 优先公差带和常用公差带与基准孔或轴组合而成 2 5光滑轴孔配合 基轴制 三角符号为优先配合 表中所列为常用配合 2 5光滑轴孔配合 2 5 4公差与配合在图样上的标注 机械产品的精度设计就是选择公差与配合 选择原则是 在满足使用要求的前提下 获得最佳的技术经济效益 公差配合的选择方法有类比法 计算法和实验法 2 6线性尺寸精度设计 可以用三种方式确定满足功能要求的配合 1 直接选用标准孔 轴公差带形成的配合 按照优先 常用 一般的顺序选择 2 选用非标准的孔 轴公差带形成的配合 3 采用不具互换性的配制配合 2 6 1标准配合设计 1 配合制 基准制 的选择 基孔制和基轴制属于平行配合制 即基孔制配合能满足要求的 基轴制配合也能满足使用要求 如 H7 k6与K7 h6的配合性质完全相同 称为 同名配合 所以 配合制的选择与功能要求无关 主要考虑加工的经济性和结构的合理性 1 优先选用基孔制 因为孔通常用定值刀具 拉刀 铰刀 加工 用光滑极限塞规检验 采用基孔制配合可以减少孔公差带的数量 从而减少定值刀具和塞规的规格和数量 显然是经济合理的 2 6线性尺寸精度设计 拉刀 光滑极限塞规 铰刀 a 使用冷拉棒料直接作轴 IT9 IT11农机 纺机 2 特殊情况下采用基轴制 b 一轴与多个孔配合且松紧不一样时 结构需要 2 6线性尺寸精度设计 1 活塞2 活塞销3 连杆 2 6线性尺寸精度设计 1 活塞2 活塞销3 连杆 3 与标准件配合时 应以标准件作基准 轴承 平键 电机输出轴等 55k6 100J7 2 6线性尺寸精度设计 55k6 100J7 4 必要时采用可非基准制的配合 2 6线性尺寸精度设计 轴套 端盖仅用于轴承或齿轮的轴向定位 对端面有较高要求 且要求装配方便 与轴和基座孔的配合无太高要求 2 配合的选择 配合选择的任务 就是根据零件的功能要求 确定配合的种类进而确定基本偏差代号 H 选择方法 类比法 计算法和试验法三种 类比法是选择配合种类的主要方法 应用类比法选择时 要考虑以下因素 各种基本偏差形成的配合特征及应用 配合件的工作情况 其他因素 2 6线性尺寸精度设计 a h 间隙配合js n 过渡配合p zc 过盈配合 1 各类基本偏差形成配合的特征及应用以基孔制说明 a 间隙配合用于工作时有相对运动或装拆频繁的连接 H aH b H h 间隙逐渐减小 常用间隙配合 H d 大间隙配合 精度非主要因素 考虑大的温度变化 高转速 高压力等H f 中等间隙配合 中等精度中等压力的传动H g 小间隙配合 间隙很小的滑动配合H h smin 0 工作时一般无相对运动 可自由拆装 2 6线性尺寸精度设计 b 过渡配合 用于既要求对中性 定位精度 又要求装拆方便的配合 传递载荷必须加键或销等 H jsH jH kH mH n 逐渐变紧 常用过渡配合 H js 较松 略有过盈的定位 如联轴节等H k 一般 标准定心配合 可用于精密定位H n 较紧 有较大过盈的更精密定位 2 6线性尺寸精度设计 利用过盈来保证固定或传递载荷 过盈配合传递载荷有时需要加键或销连接 H pH r H zc 逐渐变紧 常用过盈配合 H p 小过盈配合 适用于定位精度特别重要的场合 但不依靠过盈量传递负荷H r 中等过盈配合 中等压入配合H s 半永久连接 依靠过盈量可传递负荷H u 永久连接 火车轮毂和轴 H u和H s采用热胀或冷缩法装配 c 过盈配合 2 6线性尺寸精度设计 运动精度定心精度拆卸情况载荷大小轴孔温差 2 工作条件对配合的松紧要求 二者均要求时 选小间隙配合 二者均要求时 选过渡 小间隙配合 2 6线性尺寸精度设计 载荷越大 选择的配合要求越紧 温差越大选择应该越松 3 装配变形对配合选择的影响 2 6线性尺寸精度设计 轴套与基座孔的过盈配合会导致轴套内孔直径缩小 破坏轴套与轴的间隙配合 4 生产类型对配合选择的影响大批量生产 尺寸符合正态分布 单件小批量 偏态分布 轴尺寸偏大 孔尺寸偏小 2 6线性尺寸精度设计 3 公差等级的选择 基本要求 协调使用要求与制造工艺 加工成本之间的关系 选择方法 类比法 计算法 选择原则 在满足使用要求的前提下 尽量选取低的等级 2 6线性尺寸精度设计 1 类比法选择 a 熟悉各个公差等级的应用情况 41页表2 5 IT01 IT1用于量块的尺寸公差 IT2 IT5用于精密配合 量规公差 IT5 IT12常用的配合尺寸公差 其中 IT5轴与IT6孔 用于高精度的重要配合 IT6轴与IT7孔 应用广 较高精度的重要配合 IT7轴与IT8轴 中等精度要求的配合 IT9 IT12 用于不重要的配合 IT12 IT18用于非配合尺寸 2 6线性尺寸精度设计 b 熟悉各种加工方法可以达到的等级 42页表2 6 c 应遵循工艺等价的原则 2 6线性尺寸精度设计 当公差等级在IT8以上时 孔比轴低一级 如 H8 m7 K7 h6 当公差等级在IT8以下时 孔与轴同级 如 H9 h9 D9 h9 IT8级的孔可与同级的轴配合 也可以与高一级的轴配合 如 H8 f8 H8 k7 e 尽量降低成本 2 6线性尺寸精度设计 d 相配合的零 部件的精度应相匹配 例如与滚动轴承配合的轴和基座孔的公差等级取决于轴承的精度等级 2 6线性尺寸精度设计 2 计算法选择公差等级间隙配合计算 主要用于滑动轴承 要根据液体润滑理论 润滑油黏度 载荷 运动速度 热变形 形位公差 粗糙度 确定轴孔之间的间隙 以便形成油膜层 减小摩擦 过盈配合计算 根据连接强度和材料许用应力 以及弹塑性变形理论计算过盈量 较少采用 计算后的参数还要进行实验验证或根据实际工作情况修正 例题 一轴孔配合 基本尺寸 30mm 要求间隙在 20 55 m之间 试选出配合 最大间隙不能大于55 m 最小间隙不能小于20 m 1 选择基准制 采用基孔制H 2 确定公差等级 Tf 55 20 35 m暂取TD Td Tf 2 17 5 m 由附表2 1查得 2 6线性尺寸精度设计 TD IT7 21 mTd IT6 13 m21 13 34 35至此 公差等级确定 3 选基本偏差 确定配合 ES 0 021 es ei 0 033 0 020 希望es 20 m 查附表2 2 可知 配合为 2 6线性尺寸精度设计 轴的基本偏差为fes 20 mei es IT6 20 13 33 m H7 54 2 6线性尺寸精度设计 2 6